WWW.MASH.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - онлайн публикации
 


«(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) В.Б.БЕЗРУК ТЕХНОЛОГИИ В АВТОТРАКТОРОСТРОЕНИИ МОСКВА 2005 УДК 629.113 -03 ББК 39.33:30 6 Безрук В.Б. Технологии в автотракторостроении: Учебное ...»

московский

А В Т О М О Б И Л Ь Н О - Д О Р О Ж Н Ы Й ИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ)

В.Б.БЕЗРУК

ТЕХНОЛОГИИ

В АВТОТРАКТОРОСТРОЕНИИ

МОСКВА 2005

УДК 629.113 -03

ББК 39.33:30 6

Безрук В.Б. Технологии в автотракторостроении: Учебное пособие /

МАДИ (ГТУ). - М., 2005, 53с .

Рецензенты : д-р хим. наук, проф. Шашков Д. П. (МАДИ (ГТУ)

к. т. н, проф. Борисенко Г. А. (МГТУ «Станкин») Учебное пособие содержит сведения о технологических про­ цессах, применяемых при изготовлении композиционных д е т а л е й а в ­ томобилей: кузовов, поршней, подшипников и др .

Современное машиностроение предъявляет повышенные тре­ бования к технологическим процессам изготовления д е т а л е й машин и их сборке. Необходимо обеспечить снижение металлоемкости ма­ шин и агрегатов, повышение износостойкости и надежности д е т а л е й .

Это достигается как путем совершенствования классических технологий, так и созданием новых оригинальных технологических процессов и конструкционных материалов .

Одни и т е же д е т а л и можно сделать из разных материалов, ис­ пользуя различные технологии и оборудование. Н а н е с е н и е покрытий позволяет получить композиционную деталь, изменяя свойства по­ верхностного слоя. Благодаря этому удается сочетать положитель­ ные качества внутренней и наружной части д е т а л и д л я лучшего про­ тивостояния различным видам нагрузки, а с л е д о в а т е л ь н о, коррозии и износу. Наружная часть детали контактирует с другими д е т а л я м и и средами, такими как масло, вода, охлаждающая или тормозная жид­ кость. Внутренняя часть должна выдерживать с и л о в ы е и вибрацион­ ные нагрузки. Поэтому в одной детали могут сочетаться д в а, три и б о л е е разных материалов .



Физико-химические процессы образования соединения при пайке характерны д л я получения многих композиционных материа­ лов, например блока цилиндров, выполненного в м е с т е с гильзами, стекла с серебряной и титановой пылью, поршней из алюминиевого сплава с чугунными вставками, алюминиевых пенистых сэндвичпанелей кузова автомобиля .

Настоящее учебное пособие предназначено д л я студентов механических специальностей, изучающих курс технологии конструк­ ционных м а т е р и а л о в на уровне бакалавров, а также может пред­ ставлять интерес д л я магистров и аспирантов .

© Московский автомобильно - дорожный институт (государственный технический университет ), 2005

- 3Кузова и детали Одни и те же детали можно сделать из разных материалов, используя различные технологии и оборудование

1.1. КУЗОВА

СТАЛЬНОЙ КУЗОВ

Традиционно кузов сваривают из штампованных стальных за­ готовок. Он должен быть прочным и коррозионностойким,

–  –  –

СВАРКА И КЛЕПКА

Это, конечно, здорово, но как соединяют д е т а л и ? Соотношение сварки и клепки при производстве А2 — примерно пятьдесят на пять­ десят. На каждом кузове можно насчитать 1800 заклепок, 17 метров швов автоматической сварки в с р е д е инертного газа и 30 метров ла­ зерной сварки .

АЛЮМИНИЕВАЯ РАМА

Кузов имеет нетрадиционную конструкцию. Его основа — алю­ миниевая пространственная рама. Р а м а сваривается из нескольких крупных узлов. Это боковины, пол, передняя и задняя части .





ВМЕСТО СТАЛИ — АЛЮМИНИЕВЫЙ «СЭНДВИЧ»

Немецкая кузовная фирма \Л/11д|1е1т К а г т а п п С т Ь Н запатенто­ вала новую конструкцию алюминиевых панелей - сэндвичей д л я ис­ пользования в автомобилестроении .

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА

С н а ч а л а алюминиевый порошок (пудру) смешивают с газосод е р ж а щ е й связкой и помещают под пресс. З а т е м полученный про­ ф и л ь р а з м е щ а ю т между двумя листами алюминия и вновь прессуют .

После чего все это нагревают до температуры, когда смесь алюминиевого порошка с газосодержащей связкой превращается в пену .

При этом наружные панели «свариваются» с пеной и получается алюминиевый сэндвич

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ

Конечно, на словах все просто, а на д е л е эта технология до­ вольно сложна. К тому же стоимость изготовления сэндвич-панелей на 20% выше, чем аналогичных стальных. Тем не м е н е е в ближайшие годы алюминиевые панели могут вытеснить до 20% кузовных элемен­ тов Такие панели на 50% легче и на 10% жестче стальных. Кроме то­ го, сэндвич-панели обладают отличной звуко- и теплоизоляцией, стойки к механическим воздействиям и могут быть полностью перера­ ботаны после окончания срока службы автомобиля .

КУЗОВ с СЭНДВИЧ — ПАНЕЛЯМИ Чтобы продемонстрировать возможности технологии, специали­ сты фирмы Кагтапп спроектировали опытный кузов (рис. 7). Наруж­ ные панели кузова сделаны по сэндвич-технологии, а силовым эле­ ментом является пространственная алюминиевая рама. Жесткость кузова удалось увеличить на 30% .

-7МНОГОСЛОЙНЫЕ ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ

ВКЛАДЫШИ Коренные и шатунные шейки коленчатого вала образуют под­ шипники скольжения с поверхностью р а з ъ е м н ы х вкладышей. На рис .

8 показан коленчатый вал и контактирующие с ним д е т а л и .

Обычно вкладыши бывают двухслойными (биметаллическими) или трехслойными (триметаллическими) .

В н а ч а л е двадцатого века вкладыши были стальными, а свер­ ху на них наносили сплав — баббит. Первый патент на высокооловянистый сплав д л я подшипников скольжения был получен в 1839 году англичанином Бэббитом. Этот сплав с о д е р ж а л 92% олова, 4,5% сурьмы и 3,5% меди. Баббитами — по имени Бэббита стали назы­ вать и другие аналогичные сплавы на о с н о в е свинца и олова .

ПЕРВЫЕ ВКЛАДЫШИ, ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ

БАББИТА Толщина слоя у первых вкладышей б ы л а д о в о л ь н о большой и с о с т а в л я л а 2. 3 мм. Такой толстый слой получали заливкой (напай­ кой) р а с п л а в л е н н о г о баббита на поверхность вкладыша с использо­ ванием ф л ю с а .

Баббиты о б л а д а ю т вьюокими антифрикционными свойствами:

• хорошо прирабатываются к коленчатому валу;

• поглощают мелкие а б р а з и в н ы е частицы;

• не повреждают вал при кратковременном прекращении подачи смазки Структура баббитов неоднородна. Они состоят из пластичной основы и включений б о л е е твердых частиц. При вращении вал опи­ рается на т в е р д ы е частицы, а пластичная основа истирается и при­ р а б а т ы в а е т с я к валу Основным недостатком баббитов я в л я е т с я б ы с т р о е разупроч­ нение с повышением температуры. Так, прочностные свойства этих сплавов снижаются в 2 раза при повышении температуры с 20 до 150°С. В каждой шейке коленчатого вала есть отверстие (см. рис. 8 ), ч е р е з которое в з а з о р между вкладышем и шейкой поступает масло, с м а з ы в а ю щ е е и о х л а ж д а ю щ е е шейку и вкладыш .

С т р е м л е н и е повьюить мощность двигателя в е д е т к увеличе­ нию нагрузок, воспринимаемых подшипниками. При больших нагруз­ ках возможна д е ф о р м а ц и я слоя баббита шейками коленчатого вала .

При этом коленчатый вал начинает «стучать». А в случае аварийной работы б е з поступления смазочного м а с л а возможно д а ж е оплавле­ ние баббита .

-8

–  –  –

ЭВОЛЮЦИЯ ВКЛАДЫШЕЙ

В начале 30-х годов двадцатого века появились биметалличе­ ские вкладыши «сталь — свинцовистая бронза». Основными компо­ нентами свинцовистой бронзы являются медь и свинец Свинцови­ стая бронза имеет большую температуру плавления и прочность, чем баббит и хорошие антифрикционные свойства. Однако свинцо­ вистая бронза не смогла полностью вытеснить баббит Эволюция привела к уменьшению толщины слоя баббита к 60-м годам д в а д ц а ­ того века до 100 мкм и менее .

Затем появились триметаллическив вкладыши с промежуточ­ ным слоем свинцовистой бронзы, алюминиевого сплава или медноникелевым подслоем (рис. 9) .

Слой баббита уменьшился до 15...25 мкм. Кроме того, весь вкладыш стали покрывать очень тонким слоем баббита в целях за­ щиты от коррозии. Изменилась и технология нанесения покрытия .

Его стали наносить гальваническим способом .

Тонкие биметаллические полосы изготавливают совместной

-9 прокаткой листов м е т а л л а с обжатием валками на прокатном стане .

Затем из них штампуют вкладыши, о б р а б а т ы в а ю т под нужный раз­ мер и наносят слой баббита .

–  –  –

Рис. 9. Поперечное сечение триметаллического вкладыша

1.3. ПОРШНИ

НЕМНОГО ИСТОРИИ

в 1910 году на одну лошадиную силу гоночного мотора прихо­ дилось 90 граммов веса поршня. В 1980 году — 3 грамма. Насколько это важно? Чем легче поршни — тем м е н ь ш е их моменты инерции и износ, тем выше максимальные обороты и мощность двигателя. Чем прочнее — тем лучше выдерживают огромные механические и теп­ ловые нагрузки в камере сгорания. Чем проще в изготовлении — тем дешевле .

С н а ч а л а поршни были массивными, литыми из чугуна. Они д о с ­ тались первым автомобильным двигателям, м а л о о б о р о т н ы м и низ­ кофорсированным, в наследство от паровых машин. Например, чу­ гунные поршни моторов знаменитых автомобилей Мегсебез 5|тр1ех начала века при д и а м е т р е 140 мм (объем одного цилиндра был ра­ вен 1,7 литра) весили по 4,8 кг. И раскручивались эти двигатели все­ го до 1200 об/мин — куда б о л ь ш е с такими гирями .

П е р в ы е успешные эксперименты с поршнями из легкого сплава были проведены с авиационными двигателями н е з а д о л г о д о первой мировой войны. А потом инженеры взялись за спортивные автомо­ бильные моторы. Правда многие эксперты считали эту идею бредо­ вой — как, мол, может легкий алюминиевый с п л а в с температурой плавления 600°С выдерживать двухтысячеградусную жару раскален­ ных газов? Поршень просто расплавится! Однако не плавились; тем­ пература в самой горячей точке днища редко п р е в ы ш а е т 350°С. И в 1914 году в моторах трех гоночных автомобилей Мегсес1е5, выигравших Гран При Франции, уже стояли поршни, сделанные из алюминие­ вого сплава .

СОВРЕМЕННЫЙ ПОРШЕНЬ

О современном поршне можно сказать, что он с д е л а н в основ­ ном из алюминиевого сплава и является биметаллической или триметаллической (комбинированной) деталью (рис. 10... 12). Биметалличе­ ским его д е л а е т чугунная вставка, а триметаллическим — бронзовые втулки под поршневой палец (посадка с натягом). Кроме того на юбку поршня наносят графитовое покрытие для лучшей прирабатываемости и уменьшения трения в случае возникновения контакта с гильзой цилиндра. На головку поршня желательно напылить теплозащитное керамическое покрытие .

Поршень может быть цилиндрическим (на самом д е л е немного овальным и бочкообразным, для чего нужно очень сложное прецизи­ онное оборудование) или Т-образным. Обычно заготовки д л я поршня получают литьем. Т-образные поршни легче традиционных цилиндри­ ческих. Поэтому их применяют в спортивных и гоночных моторах

Рис. 10. Поршень Реггаг! Тез^агозза: Рис. 11. Поршень Аис11 2,5Т01:

Т-образный, графитовое покрытие, с антифрикционным бронзовые втулки под графитовым покрытием юбки поршневой палец

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА

Контроль качества при производстве поршней очень важен. На­ пример, каждую заготовку для ковки поршней в поисках каверн тща­ тельно «прослушивают» ультразвуковым эходефектоскопом, после чего на переплавку идет около 1,5..2% всех поршней. Если между чу­ гунной вставкой и алюминиевым сплавом есть хоть одна маленькая каверна, поршень нещадно бракуется. Все поршни проходят автома­ тизированную стопроцентную проверку (рис. 13) по пяти параметрам — наружному диаметру, профилю юбки, точности обработки отверстия под поршневой палец, по массе... При м а л е й ш е м отклонении от номинала, например, в «плюс» автоматика сразу скорректирует на­ стройки станков в «минус» .

–  –  –

отличия СТАЛЬНЫХ и ЧУГУННЫХ КОЛЕЦ Японская ф и р м а М1рроп Р151оп Р1пд, созданная в 1931 году, про­ изводит стальные м а с л о с ъ е м н ы е кольца с 50-х годов, а компрессион­ ные — с 70-х .

Отличить их от чугунных очень просто. Во-первых, пло­ ские поверхности у них характерного бронзового цвета — это из-за нанесенного плазменным напылением нитрида титана, сверхпрочного металлокерамического покрытия. Во-вторых, они легче гнутся — чу­ гунное кольцо, при попытке согнуть его просто с л о м а е т с я, а стальное нет. Это, кстати, надо учитывать и при установке стальных колец на поршень с помощью щипцов. Они б о л е е пластичны, и обращаться с ними надо аккуратнее .

А в-третьих на рабочих кромках ниппоновских колец очень тол­ стый слой хромировки — 0,06...0,08 мм (при обычной толщине хрома на чугунных кольцах в одну-две «сотки»). Его наращивают на кольце в т е ч е н и е часа, а потом подвергают жидкому хонингованию. Поэтому

- 12 поверхность хрома не блестящая, а матовая. Все это д е л а е т с я д л я большей износостойкости пары «кольцо — цилиндр»

В ЕВРОПЕ ТОЖЕ ДЕЛАЮТ КОЛЬЦА

В Европе кольца М|рроп Р15{оп К1пд покупают ВМ\/\/, \/о1к5\л^адеп, АисИ, Мегсес1е5. Кроме того в Западной Европе кольца делают фирмы Сое{2е и МаЫе. ВАЗ и другие российские заводы производят кольца самостоятельно, используя зарубежное оборудо­ вание и технологии .

БУДУЩЕЕ ЗА СТАЛЬЮ

Жесткие требования к токсичности заставляют всеми силами уменьшать толщину первого компрессионного кольца, а возможно это только при использовании стали. Уже сейчас 60% всех произво­ димых колес — стальные .

1.5. КЛАПАНА

ИЗНОСОСТОЙКИЕ ХРОМОВЫЕ ПОКРЫТИЯ — ГЛАДКИЕ ИЛИ ПОРИСТЫЕ

Защитно-декоративные хромовые покрытия должны быть бле­ стящими и не иметь пор. Чтобы получить такое гладкое покрытие, подбирают режим осаждения (силу тока и напряжение, состав и кон­ центрацию электролита) .

Износостойкое пористое хромовое покрытие отличается высо­ кой твердостью и большой прочностью сцепления со сталью. Поры служат д л я улучшения смачивания хромового покрытия маслами .

Чтобы получить пористое хромовое покрытие, изменяют режим оса­ ждения .

Хромовые покрытия наносят на поршневые кольца и стержни клапанов слоем 0,1,..0,15 мм (рис. 14) .

При формировании покрытия сначала осаждают слой гладкого хрома, а затем изменяют режим осаждения и получают слой порис­ того хрома Пористый хром хорошо удерживает масло и предотвра­ щает возникновение сухого трения и быстрого износа. Хромирован­ ные поверхности целесообразно применять при р а б о т е в паре тре­ ния с чугуном или сталью при наличии смазки и не очень вьюоком давлении .

- 13

–  –  –

НАПЛАВКА СТЕЛЛИТОМ

Наплавку применяют д л я нанесения достаточно толстых изно­ состойких с л о е в на д е т а л и. Клапана двигателей н а п л а в л я ю т стелли­ том — жаропрочным к о б а л ь т о х р о м о в о л ь ф р а м о в ы м сплавом (см .

рис. 14) .

1.6. БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ И КОМПОЗИЦИОННЫЕ ДЕТАЛИ

КАК СДЕЛАТЬ БИМЕТАЛЛИЧЕСКУЮ ЗАГОТОВКУ?

Плакируемую стальную пластину устанавливают и закрепляют на массивном основании. Плакирующую медную или латунную пла­ стину устанавливают под углом 1...150° к стальной и сверху уклады­ вают слой взрывчатого вещества в виде фольги с детонатором (рис .

15). Между взрывчатым веществом и плакирующей пластиной поме­ щают б у ф е р н ы й слой. В результате взрыва пластины сближаются с большой скоростью и благодаря пластической д е ф о р м а ц и и их по­ верхностных с л о е в образуется волнистая зона соединения .

ЧТО из НЕЕ МОЖНО СДЕЛАТЬ?

Из такого двухслойного м а т е р и а л а изготавливают:

• вкладыши подшипников скольжения;

• поршневые кольца;

• гильзы цилиндров .

–  –  –

Рис. 16. Изготовление гильзы цилиндра из двухслойного композиционного материала «сталь — медь»

Поэтому снаружи шов выполняют электродами на основе ста­ ли, а внутри на основе меди. Затем гильзу цилиндра обрабатывают под нужный размер

–  –  –

БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЙ КАРДАННЫЙ ВАЛ ВМ\Л/

Трубчатый карданный вал автомобиля ВМ\Л/ 5281 д л я облегче­ ния массы с д е л а н из двух материалов — стали С 3 5 и алюминиевого сплава А1Мд311. В одну д е т а л ь они соединены сваркой трением .

КЕРАМИКО-ПОЛИМЕРНЫЕ ТОРМОЗНЫЕ ДИСКИ

Инженеры европейского отделения концерна •а1т1егС11гу51ег проводят испытания новых тормозных дисков (рис. 18), сделанных из керамики, армированной полимерным волокном. Главное преимуще­ ство тормозных механизмов с керамическими дисками — возмож­ ность э ф ф е к т и в н о й работы при т е м п е р а т у р е д о 1400... 1600°С, что вдвое выше чем у современных тормозов со стальными дисками .

СТЕКЛО С СЕРЕБРЯНОЙ И ТИТАНОВОЙ ПЫЛЬЮ

Все автомобили РепаиН оснащаются лобовыми стеклами ново­ го поколения. О б ы ч н о е прозрачное стекло з а д е р ж и в а е т только 5% солнечных лучей: летом в машине не продохнешь, а внутренняя обивка нагревается до 80... 100 градусов — не дотронешься. Выход один — тонировка Однако сильно тонировать стекло нельзя: час­ тично уменьшая «парниковый э ф ф е к т », она снижает уровень осве­ щенности в с а л о н е .

Р а з р а б о т а н н о е на Репаик стекло з а д е р ж и в а е т только инфра­ красное излучение, которое служит основным источником нагрева Стекло содержит 15. 20 слоев серебряной и титановой пыли общей толщиной около 50 микрон. Такое л о б о в о е стекло отражает до 30% излучения .

- 16 БЛОК ЦИЛИНДРОВ ВЫПОЛНЕН ВМЕСТЕ С ГИЛЬЗАМИ

Нопс1а в л а д е е т уникальной технологией изготовления легких и прочных блоков цилиндров (рис. 19). Нагретый до состояния пластич­ ности алюминиевый сплав под давлением заполняет форму с закреп­ ленными в ней латунными гильзами .

–  –  –

КОМПОЗИЦИОННОЕ ПОКРЫТИЕ ГИЛЬЗЫ ЦИЛИНДРА

в Японии на внутреннюю поверхность цилиндра мотоциклетно­ го двигателя из алюминиевого сплава наносят многослойное покры­ тие. Покрытие состоит из чередующихся слоев молибдена и стали (рис. 20). Такое многослойное покрытие называют композиционным .

Попеременное напыление молибдена и стали на алюминиевый сплав позволяет сочетать положительные свойства этих трех материалов .

Поверхность покрытия подвергают чистовой обработке — шлифова­ нию и хонингованию .

Износ такого цилиндра в 2...3 раза меньше, чем цилиндра, снабженного чугунной гильзой. Покрытие позволяет уменьшить массу и толщину цилиндра. За счет хорошего отвода теплоты от стенки ци­ линдра предотвращается заклинивание поршня Подобные покрытия наносят и на гильзы цилиндров автомобилей. Их называют «никосил»

и «алюмосил» .

Рис 20. Многослойное композиционное покрытие внутренней поверхности цилиндра двигателя мотоцикла

- 18

–  –  –

Покрытия позволяют изменить свойства поверхностного слоя и сочетать положительные качества внутренней и наружней части детали для лучшего противостояния различным видам нагрузки, а следовательно коррозии и износу

2.1. КОРРОЗИЯ И ИЗНАШИВАНИЕ

–  –  –

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОРРОЗИЯ НА МИКРОУРОВНЕ

Электрохимическая коррозия обусловлена наличием электро­ лита и сопровождается появлением электрического тока. Электролитами могут быть в о д н ы е растворы щелочей, кислот, с о л е й и газов .

Н а п р и м е р вода, попадающая на кузов а в т о м о б и л я. При за­ грязнении продуктами износа роль электролита может играть охлаж­ д а ю щ а я жидкость .

М е т а л л ы и сплавы в большинстве с л у ч а е в неоднородны и имеют ф а з о в у ю структуру. На (рис. 21) показан механизм коррозии д в у х ф а з н о г о с п л а в а. Фазы имеют разный химический состав. Поэто­ му при контакте с электролитом они будут иметь р а з л и ч н ы е электро­ химические потенциалы. Так как эти ф а з ы соединены друг с другом ч е р е з массу м е т а л л а и электролит, то на поверхности с п л а в а обра­ зуется б о л ь ш о е число гальванических микропар. О д н а из ф а з микропар (анод) р а с т в о р я е т с я и переходит в раствор. То есть сплав корро­ дирует .

–  –  –

ДРУГИЕ ВИДЫ КОРРОЗИИ

Химической коррозией называют коррозию, не сопровождаю­ щуюся п о я в л е н и е м электрического тока, В этом с л у ч а е на м е т а л л д е й с т в у е т сухой газ или жидкость — не электролит. На поверхности м е т а л л а образуются непрочные химические соединения, ч а щ е всего оксиды. Они периодически отслаиваются, образуя продукты износа .

Г а з о в а я коррозия воздействует на д е т а л и камеры сгорания и вы­ хлопной системы автомобиля .

Фреттинг-коррозия возникает при одновременном воздействии

-20коррозионной среды и сил трения. Коррозия при кавитации вызвана ударным воздействием коррозионной среды при охлопывании кавитационных пузырьков. Например в системе охлаждения двигателя кавитационные пузырьки возникают в результате высокочастотных вибраций. Контактной коррозией называют электрохимическую кор­ розию в зоне контакта металлов, имеющих различные потенциалы .

Щелевая коррозия протекает в узких щелях и зазорах между д е т а л я ­ ми .

Атмосферная коррозия (коррозия на открытом воздухе) обыч­ но соединяет в с е б е механизмы электрохимической и химической коррозии .

Межкристаллитная коррозия распространяется по границам зерен. Развитию межкристаллитной и межзеренной коррозии способ­ ствует образование мелкодисперсых включений и у в е л и ч е н и е в свя­ зи с этим количества гальванических микропар .

КОРРОЗИЯ головки ЦИЛИНДРА НА МАКРОУРОВНЕ — ЭЛЕКТРОХИМИ­

ЧЕСКАЯ, МЕСТНАЯ, КОНТАКТНАЯ

Классифицируем коррозионные разрушения отдельной дета­ ли, используя рис. 22. Коррозию отверстий системы охлаждения го­ ловки цилиндра можно одновременно назвать электрохимической, контактной и местной .

Гальваническая Коррозионное жидкость Рис. 22. Местная, контактная, электрохимическая коррозия головки цилиндра

-21 При р а б о т е головка цилиндра контактирует с блоком цилинд­ ров ч е р е з проводящую охлаждающую жидкость и крепящие шпильки .

О х л а ж д а ю щ а я жидкость перетекает из блока цилиндров в головку и обратно ч е р е з с п е ц и а л ь н ы е отверстия. Около каждого отверстия об­ разуется гальваническая система, состоящая из серого чугуна блока цилиндров и алюминиевого сплава АЛ4 головки цилиндра, о б ъ е д и ­ ненных о х л а ж д а ю щ е й жидкостью и токопроводящим болтом. В этой гальванической с и с т е м е алюминиевый с п л а в я в л я е т с я анодом, а с л е д о в а т е л ь н о разрушается. Таким о б р а з о м это электрохимическая контактная коррозия О б ъ е м коррозионных разрушений алюминиевого с п л а в а вокруг каждого отверстия может достигать 5 граммов. Поскольку коррозион­ ные разрушения возникают в месте контакта с чугуном блока цилин­ дров, т о коррозия контактная и местная .

–  –  –

ОПАСНОСТЬ КОРРОЗИИ ДРУГИХ ДЕТАЛЕЙ

Детали системы охлаждения выполнены из чугуна, стали, ла­ туни, алюминиевых сплавов. Поэтому аналогичные гальванические пары могут возникать и в других местах системы охлаждения .

2.2. ПОКРЫТИЯ И СПОСОБЫ ИХ НАНЕСЕНИЯ

–  –  –

ПОГРУЖЕНИЕ В РАСПЛАВ

Погружение в расплав — предварительно очищенная и обез­ жиренная д е т а л ь погружается в расплавленный металл-припой, на поверхности которого плавает флюс. Таким образом можно получить цинковые или свинцово-оловянистые покрытия. Процесс нанесения свинцово-оловянистого покрытия называют лужением. Используют при изготовлении радиаторов и бензобаков. Еще в трудах греческого историка Геродота (5 век до нашей эры) встречается упоминание о покрытиях на основе олова, предохраняющих ж е л е з о от ржавчины .

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ

Гальванические покрытия — нанесение на д е т а л и цинка, оло­ ва, свинца, никеля, хрома осаждением в результате электролиза из растворов их солей (рис. 24) Деталь, на которую наносят покрытие,

-23 подсоединяют к катоду, а анодом служит наносимый м е т а л л. Гальва­ нические покрытия использовали тысячи л е т назад. Шумерские се­ р е б р я н ы е и з д е л и я покрыты тончайшим с л о е м золота, а гробница ки­ тайского полководца Чжоу Чжу орнаментом из алюминий-медномагниевого с п л а в а. В районе Багдада найдены гальванические э л е ­ менты, которым б о л е е четырех тысяч лет. После р е м о н т а они д а л и ток (рис. 25) .

Б а т а р е я состоит из керамической вазы высотой 18 сантимет­ ров, пустотелого медного цилиндра и окисленного ж е л е з н о г о стержня с остатками битума и свинца. Древние технологии позволяли изгото­ вить такой гальванический элемент. Из тонкого листа меди скручива­ ли цилиндр д л и н о й около 12 и д и а м е т р о м 2,5 сантиметра, гермети­ зируя место с о е д и н е н и я кромок пайкой свинцово-оловянистым при­ поем. Снизу в о с н о в а н и е цилиндра вставляли плотно подогнанный медный кружок, покрытый изнутри изоляцией из битума. Получался медный стаканчик, в который наливали раствор уксусной или лимон­ ной кислоты. Сверху стаканчик закрывали битумной пробкой, ч е р е з которую проходил железный стержень. Для защиты гальванического элемента, его опускали в керамическую вазу и снаружи з а л и в а л и би­ тумом .

–  –  –

ДИФФУЗИОННЫЕ ПОКРЫТИЯ

Диффузионное насыщение стали алюминием (А12О3 + РеА1204) называют алитированием, хромом (СггОз + РеСг204) - д и ф ф у з и о н ­ ным хромированием, кремнием (ЗЮг + РеЗ|04) - силицированием .

Такие покрытия используют при изготовлении болтов, гаек и других крепежных изделий, Алитирование проводят (рис, 26) при температуре 950.,.1000°С в течение 3. 4 часов. В герметичный контейнер загру­ жают вместе с д е т а л я м и реакционную смесь (50% алюминиевого по­ рошка, 45% окиси алюминия, 5% нашатыря МНАС!). Нашатырь созда­ ет защитную атмосферу, при нагревании он р а з л а г а е т с я на аммиак МНз и НС1, которые вытесняют из контейнера воздух .

–  –  –

9/777777^777777^7777. / Рис. 26. Схема процесса алитирования; 1 - печь (950,,, 1000 С); 2 клапан, 3 - реакционная смесь (50% алюминиевого порошка, 45% окиси алюминия, 5% нашатыря); 4 - стальной герметич­ ный контейнер; 5 - изделие

–  –  –

НАПЫЛЕНИЕ Н а п ы л е н и е п р е д с т а в л я е т собой процесс нанесения покрытия на поверхность д е т а л и с помощью высокотемпературной скоростной струи, с о д е р ж а щ е й капли расплавленного напыляемого материала, о с а ж д а ю щ и е с я на основном м е т а л л е при ударном столкновении с его поверхностью .

Высокотемпературная скоростная струя с о з д а е т с я газовым п л а м е н е м или плазмой (электрической дугой). Первая газопламенная установка д л я напыления была с о з д а н а в 1910 году в Швейцарии .

При п л а з м е н н о м напылении (рис. 27) частицы порошкообраз­ ного н а п ы л я е м о г о м а т е р и а л а р а з м е р о м 15.. 50 мкм д о с т а в л я ю т с я в струю плазмы в потоке аргона. Там они плавятся и со скоро­ стью 200 м/с ударяются о напыляемую поверхность. В результа­ те з а х в а т а воздуха в покрытии образуются поры. Если нужно покрытие б е з пор, то напыление ведут в вакууме .

–  –  –

П л а з м е н н о е напыление применяют д л я нанесения керами­ ческих покрытий на детали, подвергающиеся воздействию высо­ ких температур. Температура плавления керамики около 2000°С,

-26что на 500°С выше температуры плавления стали и на 1400°С выше температуры плавления алюминиевых сплавов. Поэтому на головку поршня из алюминиевого сплава наносят керамическое покрытие толщиной 2...3 мм (рис. 28). Это теплозащитное покры­ тие состоит из оксидов циркония и иттрия. Оно позволяет уве­ личить рабочую температуру в камере сгорания и тем самым повысить мощность двигателя. Керамические покрытия можно на­ носить поверхности каналов, по которым отводятся р а с к а л е н н ы е выхлопные газы, а также на поршневые кольца и гильзу цилиндра для повышения их долговечности .

Рис. 28. Керамическое теплозащитное покрытие оксидами циркония и иттрия головки поршня из алюминиевого сплава

ПЛАКИРОВАНИЕ

Плакирование (от французского р1адиег — накладывать, по­ крывать) осуществляется путем совместной горячей прокатки основ­ ного и защитных м е т а л л о в Сцепление между металлами происходит благодаря воздействию деформации при нагреве. Н а и б о л е е часто этим способом защищают сталь с одной или обеих сторон медью или алюминием .

Если покрытие наносят с одной стороны, то называют такие детали биметаллическими, если с двух сторон или с одной стороны д в а разнородных покрытия поочередно - триметаллическими .

ОКСИДИРОВАНИЕ

Оксидирование — получение на поверхности д е т а л и слоя ок­ сидов толщиной 1..10 мкм. Для этого детали погружают в раствор азотно-кислых солей при температуре около 150°С. Происходит ак­ тивное окисление поверхностного слоя детали. Оксидирование при­ меняют д л я защиты от атмосферной коррозии стальных д е т а л е й, а

-27также д л я отделки — изменения цвета поверхности алюминиевых с п л а в о в панелей приборов .

ВОРОНЕНИЕ Воронение — частный случай оксидирования. При воронении оксидированную д е т а л ь опускают в м а с л о д л я з а п о л н е н и я пор в ок­ сидной пленке. Применяется д л я декоративной отделки — придания стальной или чугунной поверхности темного цвета с сохранением металлического блеска .

–  –  –

Грунтовые покрытия наносят на металл перед окраской. Про­ тивокоррозионные покрытия применяют д л я защиты при хранении промасленных инструментов, пружин, гаек, болтов и т.д .

-28Антифрикционные покрытия с достаточными о б ъ е м а м и пор между кристаллами, уменьшают износ д е т а л е й при трении. Поры служат емкостями д л я смазки. Используют для покрытия поршневых колец двигателя с целью улучшения приработки .

ОСАЖДЕНИЕ Химическое осаждение осуществляют из газовой или паровой ф а з ы. Например диэтилгидрид алюминия вводят в рабочую камеру в смеси с инертным газом аргоном. При нагреве д о 180°С диэтилгид­ рид распадается и алюминий осаждается на д е т а л ь. Толщина слоя от 2,5 до 75 мкм Покрытие эластичное и б л е с т я щ е е .

По другой технологии покрытие наносится в вакууме. Это оса­ ждение высокочистого алюминия из паров, полученных при прохожденнии тока большой силы через вольфрамовую нить. Алюминиевая проволочка, намотанная на эту нить, испаряется. Испаренный алю­ миний осаждается на поверхности детали. Этим методом можно по­ лучить предельно тонкие слои на металлической и неметаллической поверхностях. Для декоративной отделки используют слой толщиной 25 мкм. Слой толщиной 25...75 мкм желателен, когда необходима защита от коррозии. Иногда для окончательной отделки используют слой окиси кремния. При этом общая толщина покрытия достигает 100 мкм .

УСЛОВНОСТИ Д е л е н и е покрытий на металлические и химические условно .

Например, напылять можно металл или керамику, которая является оксидом и м е т а л л а может не содержать. При оксидировании, воро­ нении, ф о с ф а т и р о в а н и и используют химические реактивы. Но их ис­ пользуют и при гальваническом нанесении покрытий. При наплавке и погружении в расплав используют химически активные ф л ю с ы. То есть химические реакции возможны как при нанесении м е т а л л и ч е ­ ских, так и химических покрытий .

ПРОТЕКТОРНАЯ ЗАЩИТА

Сущность протекторной защиты закпючается в том, что на за­ щищаемых поверхностях прикрепляют протекторы из металла, имеющего меньший потенциал, чем защищаемый металл. При этом образуются гальванические пары в которых анодом будет протектор .

Тогда протектор будет постепенно разрушаться з а щ и щ а я д е т а л ь .

При нарушении сплошности цинкового покрытия на кузове автомоби­ ля оно начинает выполнять функции протектора .

КАТОДНАЯ ЗАЩИТА

Если кузов автомобиля не оцинкован, то можно использовать

-29катодную защиту. К кузову присоединяют отрицательный полюс ис­ точника постоянного тока, а положительный полюс к специальному кусочку м е т а л л а (аноду). Источник тока будет оказывать защитное воздействие, п р е в р а щ а я анодные участки микрогальванических пар м е т а л л а кузова в катодные .

2.3. ЛАКОКРАСОЧНЫЕ ПОКРЫТИЯ

что и ЗАЧЕМ ОКРАШИВАЮТ?

Лакокрасочные м а т е р и а л ы предназначены д л я создания деко­ ративных покрытий на д е т а л я х автомобиля. Эти покрытия защищают д е т а л и от коррозии .

Окраска — важная часть технологического п р о ц е с с а изготов­ л е н и я а в т о м о б и л я. Покрытия позволяют значительно повьюить срок службы такого дорогого и сложного э л е м е н т а, как кузов легкового а в ­ томобиля или автобуса. Окрашивают также кабины и кузова грузовых а в т о м о б и л е й, э л е м е н т ы шасси, двигатели, топливные баки, радиато­ ры, н а в е с н о е о б о р у д о в а н и е и т. д .

О с о б е н н о опасна коррозия тонкостенных кузовов, кабин, топ­ ливных баков. Они подвергаются активному коррозионному воздей­ ствию внешней с р е д ы и в случае некачественного покрытия могут проржаветь насквозь .

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ОКРАСКИ

Лакокрасочное покрытие наносят на м е т а л л в п о с л е д о в а т е л ь ­ ности, показанной на рис. 30 .

–  –  –

ЦИНКОВОЕ И ФОСФАТНОЕ ПОКРЫТИЯ

Кузов хорошего автомобиля изготавливают из стали с цинко­ вым гальваническим покрытием толщиной 5...40 мкм Оно обеспечи­ вает практически абсолютную защиту от коррозии. Производители автомобилей дают на оцинкованные кузова гарантию д о 12 лет .

Кузов автомобиля среднего уровня качества не имеет цинково­ го покрытия или оно охватывает не весь кузов. В таком случае сна­ чала наносят ф о с ф а т н о е грунтовое покрытие толщиной 0,3...3 мкм, которое прочно сцепляется с металлом. Оно состоит из мелких кри­ сталлов с порами между ними. Краска (грунтовка) проникает в поры и благодаря этому хорошо удерживается на поверхности. Ф о с ф а т н о е покрытие з а щ и щ а е т сталь кузова автомобиля от действия кислорода и водяных паров Оно вступает в химическую связь с кислородом и парами воды, связывает их и тем самым не пускает к металлу. Без фосфатного покрытия, возможно образование ржавчины под слоем краски с дальнейшим вспучиванием и отслаиванием лакокрасочного покрытия .

Нанесение ф о с ф а т н о г о покрытия выполняют в такой последо­ вательности:

• обезжиривание в щелочном растворе;

• промывка в теплой, а затем в холодной воде;

• фосфатирование;

• промывка в теплой, а затем в холодной воде;

• сушка .

ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ И ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ

Операции, предшествующие фосфатированию, называют под­ готовительными. Те операции, которые выполняют после ф о с ф а т и ­ рования, называют заключительными .

Подготовительные операции делают поверхность д е т а л и чис­ той. Благодаря этому масло, смазка и другие загрязнители не пре­ пятствуют непосредственному наложению покрытия на м е т а л л Аналогичные подготовительные и заключительные операции проводят при нанесении гальванических покрытий и лужении .

ГРУНТОВКА И АДГЕЗИЯ

Грунтовкой, называют слой краски, накладываемый или непо­ средственно на металл, на грунтовое ф о с ф а т н о е покрытие или цинковое гальваническое покрытие. Его роль — обеспечить хорошую ад­ гезию (от латинского слова ас1Иае810 — прилипание) как с грунтовым ф о с ф а т н ы м покрытием или гальваническим цинковым покрытием, так и с последующим слоем эмали .

Адгезия — слипание наносимого слоя покрытия с поверхно­ стью д е т а л и или предыдущим слоем покрытия. Она обусловлена межмолекулярным взаимодействием, ионной или металлической связью. При хорошей адгезии говорят, что покрытие хорошо ложится Хорошая адгезия необходима при нанесении лакокрасочных и галь­ ванических покрытий, лужении, сварке, пайке, напылении, склеива­ нии .

ЭМАЛИ И ЛАКИ, КАК ИХ НАНОСЯТ?

Э м а л и окрашивают кузов автомобиля в нужный цвет .

Лаки являются последним слоем лакокрасочного покрытия в тех случаях, когда требуется высокое качество отделки кузова. На­ пример, прозрачный лак д л я покрытий «металлик» .

Обычно при окраске автомобиля на з а в о д е лакокрасочные ма­ т е р и а л ы наносят распылением. Толщина одного слоя грунтовки или эмали с о с т а в л я е т 10...20 мкм. После нанесения очередного слоя о б я з а т е л ь н а о п е р а ц и я сушки д л я качественного ф о р м и р о в а н и я по­ крытия .

Лакокрасочные материалы холодной сушки высыхают на воз­ духе при т е м п е р а т у р е 20°С. Лакокрасочные м а т е р и а л ы горячей суш­ ки высыхают в к а м е р е при температуре 80...120°С. С р е д н е е время сушки каждого с л о я грунтовки или эмали около 30 минут. Обычно на­ носят по одному или д в а слоя грунтовки и эмали .

2.4. ЗАЩИТА КУЗОВА АВТОМОБИЛЯ

ДОСТАТОЧНО ЛИ ЛАКОКРАСОЧНОГО ПОКРЫТИЯ?

Лакокрасочное покрытие, нанесенное на новый кузов, во время эксплуатации а в т о м о б и л я царапается, трескается, подвергается уда­ рам, истиранию, а также износу в результате разрушительного воз­ д е й с т в и я солнечных лучей, мороза, воды, солей и т.д .

З а т в е р д е в ш и е грунтовки, эмали и лаки имеют большую твер­ дость, но плохую пластичность, из-за чего часто повреждаются при вибрации и ударах .

Очень неблагоприятными факторами, влияющими на коррозию автомобилей, я в л я е т с я их хранение на открытом воздухе и эксплуатация в осенне-зимний период из-за осадков, соляного раствора и грязи. Агрессивные вещества проникают в стыки, под уплотнения, места нарушения сплошности лакокрасочного покрытия и вызывают интенсивную коррозию .

КОМПЛЕКСНАЯ ЗАЩИТА КУЗОВА

На рис. 31 показана комплексная антикоррозионная обработка кузова автомобиля .

–  –  –

ЦИНКОВОЕ ГАЛЬВАНИЧЕСКОЕ ПОКРЫТИЕ

Цинковое гальваническое покрытие повышает степень защиты стали от коррозии. Его толщина 5...40 мкм. Лакокрасочное покрытие наносят поверх цинкового .

Как показано на рис. 32 при попадании коррозионной среды (воды с растворенными солями) на участок с механическим повреж­ дением покрытия образуется гальванический элемент, в котором цинк является анодом. Происходит д а л ь н е й ш е е разрушение цинко­ вого покрытия. Разрушаясь, цинк предохраняет сталь от коррозии .

Таким образом, цинковое покрытие выполняет двойную функцию. Оно з а щ и щ а е т сталь и от механических повреждений и от кор­ розии .

–  –  –

Рис. 32. Степень защиты от коррозии стального листа при нарушении сплошности покрытия; а — высокая при анодном цинковом покрытии; б — низкая при катодном никелевом покрытии

АНОДНЫЕ И КАТОДНЫЕ ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ,

КАКИЕ ЛУЧШЕ?

Гальванические покрытия бывают анодными и катодными в зависимости от механизма защиты м е т а л л а основания (см. рис. 32) .

Никель, хром и медь д л я стали являются катодами в тех кор­ розионных средах, которые попадают на автомобиль. Катодные по­ крытия надежно защищают металл только при отсутствии пор, тре­ щин, отколов и отслоений. В случае нарушения сплошности покрытия и попадания в это место коррозионной с р е д ы образуется гальванический элемент, в котором сталь является анодом. Сталь начинает разрушаться под покрытием в месте образования д е ф е к т а .

ЗАЩИТНЫЕ И ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНЫЕ

Гальванические покрытия делятся на защитные, предохра­ няющие детали от износа и коррозии и защитно-декоративные, кото­ рые наряду с защитными свойствами придают д е т а л я м элегантный внешний вид .

Защитно-декоративные хромовые покрытия наносят на д в е р ­ ные ручки, молдинги, буферы, корпуса ф а р, р а д и а т о р н ы е решетки и фирменные знаки лимузинов, джипов и машин в стиле ретро .

ДВУХ и ТРЕХСЛОЙНЫЕ Защитно-декоративные покрытия бывают двухслойными (ни­ кель — хром) и трехслойными (медь — никель — хром). Толщина подслоя меди 10..20 мкм, никеля — 10...40 мкм. Хром наносят сверху очень тонким с л о е м 0,25...1,5 мкм. Хром хорошо ложится на никель .

При хромировании цинковых сплавов о б я з а т е л е н медный подслой .

Сталь можно покрывать и с подслоем меди и б е з него. Латунь не требует медного подслоя. Перед нанесением покрытия д е т а л и долж­ ны быть отполированы .

РЕЗИНОВЫЕ БУРТИКИ

Резиновые буртики позволяют защитить салон автомобиля от попадания влаги. Они также препятствуют развитию щ е л е в о й корро­ зии .

ИНЪЕКЦИИ ГЕРМЕТИКА

Инъекции герметика применяют д л я герметизации стыков и сварных швов. Как правило, кузов или кабина автомобиля состоят из отдельных элементов, соединенных между собой точечной или шов­ ной контактной сваркой. Промежутки между точками сварки заполня­ ют герметизирующими композициями на основе воска. Такая техно­ логия препятствует проникновению влаги во внутренние полости ку­ зова и развитию коррозии. Восковые композиции можно вводить че­ рез технологические отверстия в кузове Причем как на з а в о д е, так и при предпродажной подготовке автомобиля

БАМПЕРЫ И ПЛАСТИКОВЫЕ НАКЛАДНЫЕ ДЕТАЛИ

Во время движения автомобиля по загрязненной дороге из-за ударов камней и песка боковые поверхности, прилегающие к днищу и само днище подвергаются механическим повреждениям При этом в первую очередь повреждается лакокрасочное покрытие. Таким обра­ зом эти поверхности работают в б о л е е тяжелых условиях эксплуатации, чем верхняя часть кузова .

Поэтому боковые поверхности кузова, прилегающие к днищу з а щ и щ а ю т от у д а р о в щебня и песка б а м п е р а м и и пластиковыми на­ кладными д е т а л я м и. О т д е л ь н ы е д е т а л и изготавливают из стали, по­ крытой пластиком .

СКОЛЬКО СТЕПЕНЕЙ ЗАЩИТЫ У ДНИЩА?

Д н и щ е и м е е т несколько степеней защиты;

• цинковое гальваническое покрытие;

• л а к о к р а с о ч н о е покрытие;

• инъекции герметика в стыках и сварных швах;

• пластичное битумно-восковое покрытие .

БИТУМНО-ВОСКОВАЯ КОМПОЗИЦИЯ и ПЛАСТИКОВЫЕ ПОДКРЫЛКИ

Битумно-восковую КОМПОЗИЦИЮ наносят р а с п ы л е н и е м на дни­ ще, агрегаты трансмиссии и подвеску автомобиля .

Герметизирующие и антикоррозионные композиции очень эла­ стичны д а ж е при низких температурах. Они практически не впитыва­ ют влагу, но подвержены эрозии, из-за чего их периодически обнов­ ляют. Однако этот процесс гораздо д е ш е в л е и доступнее, чем окра­ ска .

Н а д колесами, где н а и б о л е е р е а л ь н ы удары камнями устанав­ ливают пластиковые подкрылки .

ГЛУШИТЕЛИ И ВЫХЛОПНЫЕ ТРУБЫ

Глушители и выхлопные трубы из обычной стали снаружи алюминируют. Есть попытки нанесения термостойкого покрытия ок­ сида а л ю м и н и я А12О3 (керамика) с температурой п л а в л е н и я около 2000°С на внутреннюю поверхность глушителя, соприкасающуюся с горячими газами. Оно з а щ и щ а е т с т а л ь глушителя от газовой корро­ зии .

-36

–  –  –

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Пайка — сложный физико-химический процесс получения со­ единения в результате взаимодействия твердого паяемого материа­ ла (основного), жидкого припоя и флюса .

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ НИША

Пайка занимает свою технологическую нишу между сваркой и склеиванием. Эти способы соединения дополняют друг друга. Каж­ дый из них находит применение в своей, оптимальной д л я него об­ ласти .

ИСТОРИЯ Пайка была известна уже в самые ранние в р е м е н а нашей ци­ вилизации. Многие золотые украшения и предметы быта, найденные в скифских курганах, с д е л а н ы с помощью пайки. Как и в странах Древнего Востока, скифы паяли тугоплавкими м е т а л л а м и — сплава­ ми золота, с е р е б р а и меди. А кузнецы аланских племен уже в 8..10 веках использовали д л я пайки деталей из бронзы, с е р е б р а и золота свинцово-оловянистый припой .

ПРИМЕНЕНИЕ Пайка находит применение при производстве автомобилей и дорожных машин д л я сборки радиаторов (теплообменников), раз­ личных емкостей, а также приборов электрооборудования Пайку ис­ пользуют для соединения твердосплавных пластин с державками металлорежущих инструментов при изготовлении резцов, сверл, ф р е з и др .

СПОСОБЫ НАГРЕВА

Нагрев и пайку д е т а л е й осуществляют паяльником, паяльными клещами (электросопротивлением), волной расплавленного припоя

- 37 пайка печатных плат в электронике), газовым п л а м е н е м, в печах, то­ ками высокой частоты, электронным или л а з е р н ы м лучом и т.д .

СТРОЕНИЕ ПАЯНОГО СОЕДИНЕНИЯ

П а я н о е с о е д и н е н и е неоднородно по своему строению и составу (рис. 33). Паяный шов включает в себя спаи, д и ф ф у з и о н н ы е зоны и припой в з а з о р е между д е т а л я м и с прикристаллизованными зонами .

–  –  –

КАПИЛЛЯРНЫЕ И НЕКАПИЛЛЯРНЫЕ ЗАЗОРЫ

При флюсовой пайке ширина капиллярного з а з о р а с о с т а в л я е т 0,05.0,5 мм (рис. 34). При ширине 0,5...2 мм зазор не я в л я е т с я ка­ пиллярным. Некапиллярный зазор заполняют припоем принудитель­ ным способом. Например, закладывают припой в зазор в виде ф о л ь ­ ги

–  –  –

Рис. 34. Капиллярные и некапиллярные зазоры Зазоры шириной 0,02...0,05 мм применяют при бесфлюсовой пайке в активных и инертных газовых средах, а также в вакууме. Эти среды выполняют роль флюса .

ШЕРОХОВАТОСТЬ

Наилучшей шероховатостью при пайке считают 1,6. 25 мкм (0,0016..0,025 мм). Шероховатость б о л е е 100 мкм (0,1 мм) не обес­ печивает постоянного зазора. При шероховатости 25.. 100 мкм (0,025...0,1 мм) на растекание припоя влияет н а п р а в л е н и е рисок .

Растекание ухудшается при расположении рисок перпендикулярно к направлению движения припоя и улучшается при расположении их в направлении движения припоя .

В капиллярных зазорах припой может передвигаться, смачивая и тем самым захватывая новые участки паяемой поверхности благо­ даря капиллярным силам .

СМАЧИВАНИЕ. КРАЕВОЙ УГОЛ СМАЧИВАНИЯ

На рис. 35а показана капля расплавленного припоя (флюса), который хорошо растекается по паяемому материалу и смачивает

- 39 его. Краевой угол смачивания при этом должен быть О 90°. Чем ближе к нулю величина краевого угла смачивания О О и больше п л о щ а д ь растекания расплавленного припоя, тем п о л н е е смачива­ ние. При смачивании атомы расплавленного припоя сближаются с а т о м а м и паяемого м е т а л л а на межатомные расстояния порядка 1 н а н о м е т р а = 10^ м и вступают в связь, образуя о б щ и е электронные оболочки .

НЕСМАЧИВАНИЕ

На рис. 356 показана капля расплавленного припоя, который плохо р а с т е к а е т с я по паяемому материалу и не с м а ч и в а е т его .

Краевой угол смачивания при этом О 90°. Это означает, что атомы припоя не вступают в связь с атомами паяемого м а т е р и а л а Причины этого могут быть различны. Во-первых, д а н н ы е припой и паяемый м а т е р и а л могут в о о б щ е не о б р а з о в ы в а т ь соединений. Тогда пайка невозможна. С л е д у е т взять припой, совместимый с паяемым мате­ риалом. Во-вторых, может быть плохо подготовлена поверхность паяемого м а т е р и а л а — не удалена или только частично удалена ок­ сидная пленка из-за неправильного подбора ф л ю с а. В-третьих, тем­ пература пайки может быть недостаточна д л я о б е с п е ч е н и я хорошей растекаемости припоя .

–  –  –

ПОДНЯТИЕ ПРИПОЯ в КАПИЛЛЯРНОМ ЗАЗОРЕ

На рис. 36 показано поднятие припоя в капиллярном з а з о р е между п а р а л л е л ь н ы м и пластинами паяемого м а т е р и а л а. Атомы при­ поя, граничащие с пластинами притягиваются к расположенным вы­ ше а т о м а м паяемого м а т е р и а л а и вскарабкиваются по пластине на­ верх. Они тянут за собой за счет межатомных сил основную массу припоя. В р е з у л ь т а т е припой поднимается вверх д о тех пор, пока силы поверхностного натяжения не уравновесят силу тяжести припоя в зазоре .

Поверхностные силы пропорциональны площади поверхности пластин [мм^], а сила тяжести пропорциональна объему з а з о р а [мм^] .

Поэтому при увеличении ширины зазора б о л е е 0,5 мм высота подня­ тия припоя резко снижается и зазор перестает быть капиллярным .

КОНТАКТНОЕ ПЛАВЛЕНИЕ ПАЯЕМОГО МЕТАЛЛА

Атомы припоя диффундируют (проникают) в пограничный слой паяемого м е т а л л а. Слой толщиной в несколько атомов, настолько насыщается атомами припоя, что превращается в сплав припоя с паяемым металлом. Как известно, сплавы металлов плавятся при температурах ниже температуры плавления компонентов. Поэтому происходит р а с п л а в л е н и е переродившегося слоя. Такое п л а в л е н и е паяемого м е т а л л а при температуре ниже температуры его автоном­ ного плавления называют контактным .

Под автономным плавлением понимают плавление материала, не контактирующего ни с какими посторонними уже расплавленными материалами .

Контактное плавление паяемого металла происходит в контакте с расплавленным припоем и только на границе паяемого м е т а л л а с припоем .

–  –  –

ФЛЮСОВАЯ и БЕСФЛЮСОВАЯ ПАЙКА

Пайку с использованием ф л ю с а н а з ы в а ю т ф л ю с о в о й. Функции ф л ю с а могут выполнять также:

• инертная г а з о в а я среда;

• активная газовая среда;

• вакуум .

При удалении оксидной пленки а б р а з и в н ы м и частицами (абра­ зивная пайка) или с помощью механических колебаний ультразвуко­ вой частоты (ультразвуковая пайка) ф л ю с тоже не используют. По­ этому абразивную и ультразвуковую пайку, а также пайку в газовых с р е д а х и вакууме называют б е с ф л ю с о в о й .

ОКСИДНАЯ ПЛЕНКА

Время о б р а з о в а н и я одного слоя молекул оксида на поверхно­ сти незащищенного м е т а л л а около 10'^ секунд. Поэтому на поверх­ ности м е т а л л а всегда имеется слой оксидной пленки .

З а счет д и ф ф у з и и кислорода из а т м о с ф е р ы и окисления ме­ т а л л а под оксидной пленкой она растет вглубь м е т а л л а. С течением времени толщина оксидной пленки может достичь 50 и б о л е е моле­ кулярных с л о е в (5...200 нм) .

В оксидной пленке связи паяемого м е т а л л а заняты кислородом .

Для о б р а з о в а н и я связей между п а я е м ы м м е т а л л о м и р а с п л а в л е н ­ ным припоем с л е д у е т удалить мешающую этому процессу оксидную пленку или кислород из нее. Оксидную пленку целиком удалить лег­ че .

–  –  –

КЛАССИФИКАЦИЯ ФЛЮСОВ

Флюсы д л я пайки классифицируют по следующим признакам:

• температурному интервалу пайки на высокотемпературные (выше 450''С) и низкотемпературные (ниже 450°С),

-43 п р и р о д е растворителя на водные и неводные (например, спирто­ вые);

• природе активатора на неорганические, органические кислотные и органические бескислотные;

• агрегатному состоянию на твердые, п а с т о о б р а з н ы е и жидкие .

РАСТВОРИТЕЛИ И ПАСТЫ

В т а б л. 3 представлены флюсы д л я пайки сталей, меди и мед­ ных с п л а в о в, а также алюминия и его сплавов. Спирт и вода являют­ ся р а с т в о р и т е л я м и и д е л а ю т ф л ю с жидким. Жидкий ф л ю с удобно наносить на паяемый материал. Например, обмакивать многожиль­ ный медный провод во ф л ю с. Вазелин д е л а е т ф л ю с пастообразным .

Такой ф л ю с тоже удобно наносить на паяемый м а т е р и а л. Кроме того его можно п е р е м е ш а т ь с порошковым припоем и получить с а м о ф л ю ­ сующий припой д л я заполнения некапиллярных з а з о р о в шириной 0,5..2 мм .

АКТИВАТОРЫ Компоненты, не в ы д е л е н н ы е в т а б л. 3 курсивом, являются ак­ тиваторами, которые непосредственно у д а л я ю т оксидную пленку. Ак­ тиваторов во ф л ю с е может быть несколько. Их выбирают в зависи­ мости от стойкости оксидной пленки. Например, удалить оксидную пленку с меди значительно проще, чем с алюминиевых сплавов или коррозионно-стойких сталей. Естественно, нужны различные актива­ торы. Остатки неорганических и органических кислотных активаторов в ы з ы в а ю т коррозию паяных соединений. Поэтому после пайки их с л е д у е т удалить промывкой в воде или других жидкостях КАНИФОЛЬ Р а с с м о т р и м н а и б о л е е известный ф л ю с — канифоль, который используют д л я низкотемпературной пайки меди паяльником. Кани­ ф о л ь получают из сосновой смолы. Она т в е р д а я и стекловидная .

Главной составной частью канифоли я в л я е т с я абиетиновая кислота С20Н30О2 (около 80% по массе), п л а в я щ а я с я при т е м п е р а т у р е 173°С .

К а н и ф о л ь очень слабый активатор. Р а с п л а в л е н н а я канифоль может удалить только тонкий слой оксида меди. Канифоль реагирует с ок­ сидами меди, д а в а я абиетиновую соль меди, которая р а с т в о р я е т с я в канифоли, п р е в р а щ а я канифоль в шлак. Остатки канифоли после пайки имеют вид твердой прозрачной пленки с отличными изоли­ рующими свойствами. Эта пленка не поглощает воды. В канифоли с о д е р ж и т с я терпентин, нейтрализующий абиетиновую кислоту. По­ этому остатки ф л ю с а после пайки не вызывают коррозии соедине­ ния .

- 44 При температуре 200°С канифоль активна. С повышением температуры она начинает испаряться. При температуре 300°С ис­ паряется 7% канифоли. При нагреве выше 300°С канифоль обугли­ вается. Таким образом, температурный интервал активности кани­ ф о л и находится в области 200...300''С. В табл. 1 приведены темпе­ ратурные интервалы активности флюсов .

МЕХАНИЗМ УДАЛЕНИЯ ОКСИДНОЙ ПЛЕНКИ

Флюсы могут содержать вещества, которые:

• вступают в химическое взаимодействие с оксидной пленкой, обра­ зуя шлаки, легко растворимые во флюсе;

• проникают через микротрещины в оксидной пленке к поверхности металла под ней и стремятся отделить е е от металла;

• д е л а ю т ф л ю с электролитом при его расплавлении, что вызывает электрохимическое растворение металла во ф л ю с е под оксидной пленкой .

Если пленка оксидов тонкая и нестойкая, как на меди, то дос­ таточно химического взаимодействия канифоли с оксидом меди Продукты реакции растворяются в канифоли .

Микротрещины (рис. 37а) формируются в оксидной пленке при нагреве до температуры пайки вследствие разницы коэффициентов линейного температурного расширения паяемого м е т а л л а и оксид­ ной пленки на его поверхности. Кроме того они расширяются в ре­ зультате химического взаимодействия ф л ю с а с оксидами, образую­ щими стенки трещины. Расплавленный флюс, а затем и припой про­ никают через микротрещины и входят в контакт с м е т а л л о м под ок­ сидной пленкой в местах нарушения е е сплошности (рис. 376). Жид­ кий припой или легкоплавкий металл, вытесненный из ф л ю с а, вызы­ вает контактное подплавление верхнего слоя паяемого м е т а л л а. Об­ разуется очень тонкий слой жидкого сплава между оксидной пленкой и поверхностью паяемого металла (фактически будущий спай) (рис .

37в). Под подмытую оксидную пленку устремляется основная часть припоя, окончательно удаляя оксидную пленку .

Флюсы, содержащие такие элементы как хлор и ф т о р в рас­ плавленном состоянии, являются электролитами. При соприкоснове­ нии металла с флюсом-электролитом происходит электрохимическое растворение металла, то есть переход положительных ионов метал­ л а в электролит. Флюс р а з ъ е д а е т границу между оксидной пленкой и металлом .

-45

–  –  –

ЛУЖЕНИЕ Под лужением понимают покрытие поверхности м е т а л л а тон­ ким с л о е м припоя. Например, лужение медных проводов свинцовооловянистым припоем при нагреве паяльником с использованием ка­ н и ф о л и в качестве ф л ю с а. При этом образуется один спай, а не два, как в с л у ч а е пайки. Луженые провода легко паять .

ТРЕБОВАНИЯ К ПРИПОЮ. СВОЙСТВА

Припои должны отвечать следующим т р е б о в а н и я м :

• о б л а д а т ь вьюокой растекаемостью и смачивающей способностью;

• интенсивно проникать в зазор между деталями;

• о б е с п е ч и в а т ь прочную связь м е т а л л о в в зоне спая при статических и знакопеременных нагрузках;

• иметь вьюокую коррозионную стойкость .

- 46 КЛАССИФИКАЦИЯ

Припои классифицируют по следующим признакам:

• температуре плавления;

• химическому составу .

Также как и флюсы припои с температурой плавления м е н е е 450°С называют низкотемпературными, а припои с температурой плавления б о л е е 450°С — высокотемпературными Есть и другие системы классификации припоев, например, приведенная на рис. 38 .

КАК ВЫГЛЯДИТ ПРИПОЙ?

Припои изготавливают в виде прутков, полос, фольги, прово­ локи, порошков и паст. Для удобства использования свинцовооловянистые припои изготавливают в виде трубок, заполненных флюсом .

А КАКАЯ У НИХ ТЕМПЕРАТУРА ПЛАВЛЕНИЯ?

Температура плавления припоев изменяется в очень широких пределах. Так температура полного расплавления припоя на основе галлия { 6 1 % С а (галлия) — 25% 1п (индия) — 13% 5п (олова) — 1%о

7.П (цинка)} составляет 3°С. Есть галлиевые припои и с отрицатель­ ной температурой плавления — д о минус 10°С, Температура полного расплавления припоя на основе ниобия {80% МЬ ниобия — 20% Т!

титана} составляет 2260°С .

КОМПОЗИЦИОННЫЕ и ПАСТООБРАЗНЫЕ, В ВИДЕ ФОЛЬГИ И

ПОКРЫТИЙ Композиционные припои состоят из смеси легкоплавкого и ту­ гоплавкого порошков; легкоплавкого порошка и тугоплавких волокон или сетки (армированные припои). При пайке такими припоями рас­ плавляется только легкоплавкий порошок. Тугоплавкие компоненты играют роль наполнителя .

Припои в виде пасты представляют собой тонкодисперсные смеси металлических компонентов в виде порошков с размером час­ тиц 10...100 мкм и флюс-пасты. Такие припои наносят пневматиче­ ским дозирующим устройством с автоматическим управлением .

В случае широкого некапиллярного зазора припой з а к л а д ы в а ­ ется в него в виде фольги. Детали могут быть также предварительно покрыты припоем лужением, напылением или в гальванической ван­ не .

- 47

–  –  –

Для низкотемпературной пайки сталей, меди и медных спла­ вов применяют свинцово-оловянистые припои. Свинцовые припои с содержанием до 3% Ад применяют для пайки ответственных медных и латунных д е т а л е й, работающих при температуре до 150°С. Сереб­ ряные припои с медью предназначены для высокотемпературной пайки сталей, меди и е е сплавов Медно-фосфорные припои приме­ няют как заменители серебряных, так как они д е ш е в л е .

Кроме того д л я вьюокотемпературной пайки с т а л е й и меди применяют медно-цинковые припои. Стали можно паять и чистой ме­ дью, а также припоями на основе никеля .

- 49 ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ И НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ

С о е д и н е н и я, п а я н ы е высокотемпературными припоями, б о л е е прочны, чем соединения, паяные низкотемпературными припоями .

Кроме того такие соединения можно эксплуатировать при б о л е е вы­ соких т е м п е р а т у р а х .

–  –  –

ИЗГОТОВЛЕНИЕ РАДИАТОРА ПАЙКОЙ

О х л а ж д а ю щ а я поверхность радиатора (рис. 39) состоит из л а ­ тунных трубок, по которым течет охлаждающая жидкость, и гофриро­ ванной медной л е н т ы толщиной 0,1 мм. В каждой точке соприкосно­ вения д о л ж н о с ф о р м и р о в а т ь с я паяное соединение. Таким образом нужно получить несколько тьюяч соединений в одном изделии при

- 50 очень маленькой толщине соединяемых элементов. Для этого соб­ ранный из луженых латунных трубок и гофрированной ленты пакет направляют в печь, имеющую три камеры с разными температурами .

Камеры отделены друг от друга шлюзами. Первая камера служит для предварительного подогрева пакета до температуры пайки. Внутри второй камеры находится ванна с расплавленным ф л ю с о м, в кото­ рую опускают собранный пакет. Флюс удаляет окислы с поверхности медной гофрированной ленты и припоя, нанесенного на латунные трубки, содействуя тем самым образованию паяных соединений. В третьей камере происходит охлаждение изделия. Таким образом за один прием получают несколько тысяч паяных соединений .

–  –  –

ПАША ПРИБОРОВ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

Для пайки печатных плат используют установки каскадной многоволновой пайки (рис. 40) .

В печи образуется ванна расплавленного свинцовооловянистого припоя. Насос непрерывно направляет поток припоя по наклонному поддону, напоминающему стиральную доску, так что припой образует серию гребней. Плата с деталями соприкасается с верхушками гребней, двигаясь навстречу припою .

Флюс плавает на поверхности припоя и п р е д о т в р а щ а е т его взаимодействие с воздухом .

ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛИ К ПАЙКЕ И УДАЛЕНИЕ ОСТАТ­

КОВ КОРРОЗИОННО-АКТИВНОГО ФЛЮСА ПОСЛЕ ПАЙКИ

Поверхности, которые будут подвергнуты пайке, должны быть обработаны с оптимальной точностью и шероховатостью и не иметь заусенцев после механической обработки .

- 51 Поверхность паяемого м е т а л л а может быть загрязнена мас­ лами, смазочно-охлаждающей жидкостью, смазками, красками, пы­ лью, грязью. Слои таких загрязнений м е ш а ю т удалению оксидной пленки и о б р а з о в а н и ю качественного паяного соединения .

Чтобы удалить такие загрязнения, д е т а л ь п е р е д пайкой следу­ ет помыть в щелочном растворе следующего состава (в граммах на литр воды):

• едкий натр (5... 10 г/л);

• углекислый натрий (15...30 г/л);

• т р и н а т р и й ф о с ф а т (30...60 г/л);

• эмульгатор ОП-7 (0,5 г/л) .

В р а с т в о р е такого состава при т е м п е р а т у р е 50...60°С д е т а л и выдерживают 15...25 минут .

Если этого недостаточно, то д л я обезжиривания используют органические растворители (например, ацетон) .

После очистки д е т а л и промывают в чистой (дистиллирован­ ной) горячей и холодной воде и сушат .

После пайки с д е т а л е й смывают остатки коррозионноактивных ф л ю с о в в жидкостях, которые их растворяют. З а т е м д е т а л и промывают в горячей и холодной воде и сушат .

–  –  –

1. Справочник по пайке / Под ред. И.Е. Петрунина. - 2-е изд. - М.:

Машиностроение, 1984 - 4 0 0 с .

2. Лашко СВ., Лашко Н.Ф. Пайка металлов. - 4-е изд. - М.: Машино­ строение, 1988. - 376 с .

3. Проектирование технологии пайки металлических изделий; Спра­ вочник/ Лашко С В., Лашко Н.Ф., Нагапетян И.Г. и др. - М.; Ме­ таллургия, 1983. - 2 8 0 с .

4. Коррозия автомобилей и ее предотвращение / Т. Бестек, Е. Бреннек, Е. Иванов и др. - М.; Транспорт, 1985. - 225 с .

5. Коррозия и защита металлов/ Шлугер М.А., Ажогин Ф.Ф., Ефимов Е.А. - М.; Металлургия, 1981. - 2 1 6 с .

6. Коррозия. Справ, изд. Под ред. Шрайера; Пер. с англ, - М.; Ме­ таллургия, 1981. - 6 3 2 с .

7. Хасуи А., Моригаки О. Наплавка и напыление. - М : Машино­ строение, 1985. - 240 с .

8. Бородин И.Н. Порошковая гальванотехника. - М : Машинострое­ ние, 1990. - 2 4 0 с .

9. Иванов В Н. Словарь-справочник по литейному производству М.; Машиностроение, 1990. - 384 с .

10. Воробьев Л.Н. Технология машиностроения и ремонт машин;

Учебник д л я вузов. - М.; Высшая школа, 1981. - 3 4 4 с .

11. Авторевю. 1998. № 8, 9, 11, 13-14, 15, 16 .

13. Авторевю. 1999. № 11, 19, 23 .

14. Авторевю. 2000. № 9.




Похожие работы:

«ББК 86.37 Л55 Witness Lee: The Holy Word for Morning Revival: Crystallization Study of Exodus, Volume Three Living Stream Ministry, 2015 2431 W. La Palma Ave., Anaheim, CA 92801 U.S.A. P. O. Box 2121, Anaheim, CA 92814 U.S.A.Уитнесс Ли: Святое Слово для утреннего оживления: Изуче...»

«А. В. Кульша. О расстановке стехиометрических коэффициентов О расстановке стехиометрических коэффициентов Вопрос расстановки коэффициентов в уравнениях химических реакций – один из первых, с к...»

«Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" Хакасский технический институт – филиал ФГАОУ ВПО "С...»

«ОДМ 218.2.017-2011 ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ "ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СТРОИТЕЛЬСТВО И ЭКСПЛУАТАЦИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ С НИЗКОЙ ИНТЕНСИВНОСТЬЮ ДВИЖЕНИЯ" ФЕДЕРАЛЬ...»

«ИНСТРУКЦИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ Гл а д и л ь н а я д о с к а Duetto Base VAPORLAND.RU Оглавление 1. Важные инструкции по безопасности. 2. Основные части. 3 . Подготовка к работе. 4. Порядок работы. Включение гладильной доски Подготовка к эксплуатации утюг Использование функций "...»

«СТРАНИЦА СОДЕРЖАНИЕ Основные меры безопасности 3 Распаковка прибора и подготовка к работе 5 Составляющие части и элементы управления 6 Технические характеристики 7 Инструкции по эксплуатации 8 Общие правила эксплуатации для активных гладильных досок серии Airflux 8 Инструкции по...»

«№2 выпуск Специальный выпуск (часть 1) Экскурсионно-краеведческое бюро "ИСТОКИ" ГБОУ СПО РО "КПК" Выпуск подготовили: куратор студенческого объединения Г. А . Абозина, руководитель – О. В. Кудино...»

«В России, еще в начале 90-х сложилось мнение, что для линий розлива Китай производит не очень качественное, с низкой степенью автоматизации, оборудование. И это мнение настолько укрепилось в наших умах, что мы не рассматриваем Китай как партнёра. Самое первое...»







 
2019 www.mash.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.